現(xiàn)在已不是魏格納或者哥倫布的時(shí)代了，人們都知道地球是圓的，而且從里到外可分為地殼、地幔和地核。近五十年來，人類已經(jīng)征服了月球，并且將探空器發(fā)送到了太陽系的邊緣，但是人類卻還是無法了解從地下6300千米深處直到地心那部分區(qū)域的存在物。我們只知道那里有巖石在不停緩慢運(yùn)動，有一個(gè)鐵水層，還有一個(gè)呈固態(tài)并且密集的鐵質(zhì)內(nèi)核。

　　地下7千米

　　了解地球的內(nèi)部必須采用一種間接的方法。雖然從地球內(nèi)部到達(dá)地球表面的熱量要比來自太陽的熱量低數(shù)千倍，但如果從地表向地心進(jìn)發(fā)，每走1千米溫度就會增加20攝氏度，這樣當(dāng)?shù)竭_(dá)地幔的表層時(shí)，溫度會達(dá)到300攝氏度，而壓力大約是幾千個(gè)大氣壓。

　　然而現(xiàn)在日本一艘叫做地球號(Chikyu)的探測船，它的鉆頭將要穿越地球的地殼，從而到達(dá)地幔。在2012年前，地球號探測船會第一次前進(jìn)到地幔。

　　地球號已于2001年下水。探測任務(wù)需要它將鉆機(jī)鉆入地殼大約6千米處，如果從海洋底部算起，則是海底下三四千米的深度。

　　如果在海底下三四千米鉆探，那不僅需要一個(gè)能在幾千個(gè)大氣壓和最高30攝氏度溫度的條件下工作的鑿子，還要用到GPS定位系統(tǒng)，使鑿子能在數(shù)年內(nèi)保持在相同的位置。而船的大小與這項(xiàng)壯舉也是旗鼓相當(dāng)：船長210米，重5.7萬噸，并且它還有一個(gè)高達(dá)112米的控制塔。

　　日本地球號鉆探船工作示意圖

　　地球號引入了大量的石油開采技術(shù)，它有6條連接船身，鉆探管是由衛(wèi)星來確定位置。鉆探管由鐵架塔支撐住，然后采集來的樣本會由連接鉆探管的傳輸管傳送到地球號上的實(shí)驗(yàn)室。

　　為了能在這樣的深度的壓力和溫度的極限條件下工作，鋼制的鉆頭會利用鉆機(jī)上的泵，在高壓下推動泥漿流，然后再將泥吸進(jìn)去。這樣做是為了使在壓力很高的情況下，被打出的孔能一直處于打開狀態(tài)。

　　在2007年將會進(jìn)行第一次鉆探，地點(diǎn)大約是在日本南海岸。專家們認(rèn)為這次鉆探對地震產(chǎn)生的研究甚至是對地震的預(yù)報(bào)都是十分重要的，巴塞羅那大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家安杰洛?卡玫勒連基(Angelo Camerlenghi)解釋說，而下一次的鉆探就是要到達(dá)地幔了。

　　正在鉆探的工人。圖中央可以看到用于挖掘和抽取巖石標(biāo)本的鉆機(jī)

　　在海洋中發(fā)掘

　　至今為止，人們所進(jìn)行過的最大膽的一次進(jìn)軍地幔的試驗(yàn)是在俄羅斯的科拉(Kola)半島上進(jìn)行的。但是試驗(yàn)并沒能取得成功。

　　俄羅斯科拉半島上的鉆探開始于1970年，可是在剛剛到達(dá)12千米多一點(diǎn)的時(shí)候，挖掘工作就因?yàn)槿狈�資金而被迫停止了。但即使鉆探工作繼續(xù)下去，工作人員還要面臨另一件嚴(yán)重的事情，那就是估算錯(cuò)誤。

　　由于估算錯(cuò)誤，結(jié)果人們發(fā)現(xiàn)，從挖掘進(jìn)度處到達(dá)地幔大約還有50千米的距離。最終這個(gè)計(jì)劃無疾而終。而現(xiàn)在，地球號將要嘗試穿越地殼。它選取鉆探的地點(diǎn)也頗具心思，因?yàn)殂@探的目標(biāo)是包括一些因?yàn)榘鍓K運(yùn)動而使地幔接近地殼的區(qū)域，或者是地殼相對比較薄的地方，比如日本太平洋海岸外的南海海槽。

　　地球號的這次探測計(jì)劃經(jīng)過長期的準(zhǔn)備，它不僅有海面上最精密的儀器，還配置了世界上最高的鉆探鐵架塔。不過作為鉆探工作，重點(diǎn)還是在于鉆管的長度。地球號的鉆管有9.5千米長，如果拿上海金茂大廈作為對比的話，這個(gè)鉆管相當(dāng)于22座金茂大廈重疊起來的高度。

　　這是美國喬迪斯－決心號，工作人員身后的鐵架塔被用以支撐鉆探管

　　地殼以下

　　當(dāng)我們挖到地球深處的時(shí)候，我們會發(fā)現(xiàn)些什么？答案要取決于我們是在什么地方進(jìn)行挖掘。

　　在靠近海脊，也就是地狀巖分開的地方，同時(shí)也是地殼最薄的地方，這里的厚度只有不到1千米。但即使如此，該處地幔下的巖石已經(jīng)被地殼的巖石所污染。而地球號將會在遠(yuǎn)離海脊的區(qū)域進(jìn)行勘探，因?yàn)樵谀抢�，地殼和地�？梢詤^(qū)分得很清楚。

　　鉆探首先是在一個(gè)富含沉淀物的深度進(jìn)行，這個(gè)深度充滿了微生物遺跡、泥漿和黏土。再往下勘探的話，人們還會發(fā)現(xiàn)了玄武巖，也就是會迅速冷卻的火山熔巖。先會是凝固的氣泡，然后就是類似于'圓柱形玄武巖'的巖石，也有人說是輝長石，卡玫勒連基描述著鉆探的可能狀況，在4千米之后，還有一個(gè)厚約1千米的過渡區(qū)域，到最后就是地幔了。

　　根據(jù)科學(xué)家倉本真一的介紹，地球號會用于多個(gè)鉆探和巖心取樣的計(jì)劃，在它所鉆出的孔洞中，有些會用來放置固定的地殼監(jiān)視儀器，以加強(qiáng)對地震的預(yù)測。

　　尋找生命的線索

　　在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家們研究的主要方向是物質(zhì)和宇宙的起源。相對論以及大爆炸理論，將人們的視野拓展到了遙遠(yuǎn)的宇宙。不過，現(xiàn)在是時(shí)候考慮一下我們的生命是從何而來這個(gè)問題了。

　　關(guān)于生命的起源，一種說法是宇宙的彗星經(jīng)過地球，帶來了生命的種子。另一種說法就是生命是起源于地區(qū)內(nèi)部，而地球內(nèi)部的熱量為生命之源提供了一個(gè)溫暖的環(huán)境。

　　其實(shí)在早期的鉆探中，科學(xué)們就曾經(jīng)在樣本中發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)菌，這種細(xì)菌在經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后，可以變成一種酶。這個(gè)發(fā)現(xiàn)給科學(xué)家們增加了信心，雖然地心的環(huán)境比地表極端，而且水分和氧氣也稀少，但細(xì)菌的出現(xiàn)代表了生命的一種可能跡象。

　　所以這次地球號鉆探任務(wù)，就是希望能取出一個(gè)高1.5米，直徑為15厘米的圓柱體地幔樣本，以此研究在地幔是否存在著有機(jī)微生物，從而來探索地球的形成與氣候變化的線索，并進(jìn)一步驗(yàn)證生命起源的理論。

　　不僅如此，地幔的質(zhì)量約占地球的質(zhì)量的2/3，而且由于熱對流的緣故，使得板塊運(yùn)動在不停而緩慢的進(jìn)行。板塊運(yùn)動在地表上的表現(xiàn)是地震。因此，鉆探取樣的樣本分析將對科學(xué)家考證地震來源會有著很大的幫助。按照計(jì)劃，工作人員將在地殼附近放置感應(yīng)器，希望能首次為日本以及東亞地區(qū)提供有效的地震預(yù)測系統(tǒng)。

　　國際綜合大洋鉆探

　　并不是所有的任務(wù)都是需要在這么深的地下進(jìn)行，有很大一部分任務(wù)只需探測幾千米的深度。

　　現(xiàn)在所有的大洋鉆孔工程都已經(jīng)成為了綜合大洋鉆探(IODP)這一項(xiàng)國際性的計(jì)劃組成部分。根據(jù)意大利綜合大洋鉆探(IODP)主席卡玫勒連基解釋，該計(jì)劃由3個(gè)部分組成。美國的喬迪斯-決心(Joides Resolution)號輪船將會擔(dān)任大部分的全球鉆探工作。

　　還有一個(gè)由歐洲17個(gè)國家加上加拿大所組成的集團(tuán)會在特殊情況下進(jìn)行工作，例如在較低的深度或者北極冰塊。然后就是日本地球號計(jì)劃。

　　除了大洋鉆探以外，鉆探還包括了大陸鉆探。至今為止所展開的研究已經(jīng)有了相當(dāng)重要的發(fā)現(xiàn)。由于喬迪斯-決心號的鉆探工作，我們已經(jīng)能夠重建大約1億5千萬年前地球的地質(zhì)史和氣候史。

　　國際綜合大洋鉆探項(xiàng)目的計(jì)劃是打穿大洋地殼，揭示地震的機(jī)理。查明深部生物圈和天然氣水合物，以及理解極端氣候變化的過程，同時(shí)為深海新資源勘探開發(fā)、環(huán)境預(yù)測和防震減災(zāi)等實(shí)際目標(biāo)服務(wù)。

　　鉆探在全球

　　為了重建北極的地質(zhì)史，2004年，綜合大洋鉆探計(jì)劃的地質(zhì)學(xué)家們在距北極點(diǎn)約200千米的北極冰塊間進(jìn)行了一項(xiàng)令人嘆為觀止的舉動。他們用一艘租借的并且經(jīng)過特別改造的挪威破冰船提取到了沉淀物的標(biāo)本。

　　我們找到了證據(jù)可以證明在1千5百萬年前就已經(jīng)有了冰塊的存在，參加試驗(yàn)的帕多瓦大學(xué)地質(zhì)學(xué)講師多玫尼科?里奧(Domenico Rio)說道："之前只有水。有一段時(shí)期，大約是在5千5百萬年前，北極曾是一個(gè)巨大的淡水湖，溫度約為20℃。

　　我們可以了解為什么會發(fā)現(xiàn)在那種條件下生活的蕨類植物。但是為什么是一個(gè)湖而不是一片海呢？按照里奧的解釋，是因?yàn)樵谀莻�(gè)時(shí)期，北極被大洋孤立了起來。在接下來的數(shù)百萬年里，在亞洲、美洲以及北大西洋的一個(gè)更深的海峽之間，才開辟了白令(Bering)海峽。

　　另外有一項(xiàng)重要計(jì)劃在冰島展開，鉆探工作重點(diǎn)放在了一些海脊浮出海面的區(qū)域，尤其是在雷克雅尼斯(Reykjanes)半島。還有其它的鉆探正在夏威夷群島附近進(jìn)行，那里的巖漿似乎直接來自于地幔和地心之間的邊界。

　　為了探索地下世界，不僅僅在地殼最薄的海洋里有鉆探工作，大陸上的鉆探工作也同樣在進(jìn)行。比如，在德國進(jìn)行的鉆探工作，在重建被鉆探區(qū)域從5億年前開始的地質(zhì)史上，有著非常大的幫助。

　　而在美國加利福尼亞美國所進(jìn)行的鉆探是為了研究圣安地列斯(San Andreas)斷層，以及看是否可能預(yù)報(bào)地震。鉆探進(jìn)行了12個(gè)月后，我們進(jìn)入了斷口。計(jì)劃的負(fù)責(zé)人之一馬克?佐白科(Mark Zoback)說。在這里，研究者們對一系列同類的微地震進(jìn)行了記錄，通常來說，微地震之后將會出現(xiàn)更大強(qiáng)度的地震。

　　在墨西哥的猶加敦(Yucatan)半島上，鉆探在一個(gè)曾經(jīng)有巨大的小行星墜落的位置進(jìn)行。到1.5千米處，采掘出的巖心證明了之前的理論：碰撞發(fā)生在大約6千5百萬年前，它所產(chǎn)生的灰塵導(dǎo)致了氣候的變化，從而造成了恐龍的滅絕。

　　知道的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

　　我們所知甚少。即使在過去的時(shí)間里，我們對地球的研究已經(jīng)有著大方面的進(jìn)展，然而對于腳下這顆星球，我們的了解并不比宇宙中任何一個(gè)星球了解更多。

　　在全球變暖的情況下，大氣中二氧化碳的濃度引起人們廣大關(guān)注。人們根據(jù)從南極、格陵蘭以及青藏高原等高海拔地區(qū)鉆探，所取得的冰芯進(jìn)行分析，冰芯記載了在42萬年以來，全球的氣候和大氣成分的演變。

　　研究的結(jié)果是，地球過去比現(xiàn)在熱多了。在白堊紀(jì)這段時(shí)間內(nèi)并沒有極冠的存在，整個(gè)地球都是同樣的熱氣候，卡玫勒連基分析著觀察結(jié)果，據(jù)可靠理論，高溫是由一種超溫室效應(yīng)所導(dǎo)致的，而該效應(yīng)的產(chǎn)生是由于一系列大型的海底火山爆發(fā)釋放了極大量的二氧化碳。后來，氣候慢慢變冷，并形成了東南極冠，西南極冠，以及最終出現(xiàn)的南極冠。

　　然而一個(gè)問題就是，雖然在短時(shí)間尺度上，可以看出二氧化碳濃度的變化與全球溫度變化一致。然而對于二氧化碳和全球變暖之間的關(guān)系，科學(xué)家們還有待進(jìn)一步的研究。

　　不僅如此，回想到之前科學(xué)家進(jìn)行鉆探的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了地底深處細(xì)菌的情形。細(xì)菌的存在改變了人們的觀念，在這之前人們根本沒有想到會在海脊，附近壓力為幾百個(gè)大氣壓且溫度超過100℃的條件下發(fā)現(xiàn)它們的存在。

　　地球號將會在地幔發(fā)現(xiàn)生命體嗎？很可能不會。也許之前那些國際鉆探計(jì)劃所找到的細(xì)菌在很長一段時(shí)間都只是生命跡象的一個(gè)含糊的信號。但是科學(xué)家們已經(jīng)為每一個(gè)發(fā)現(xiàn)做好了準(zhǔn)備。

　　國際鉆探工作記錄

　　1：19681983年，由美國等20多國參加了國際深海鉆探計(jì)劃(DSDP)。執(zhí)行計(jì)劃的美國格洛瑪·挑戰(zhàn)者號鉆探船航行世界各大洋，歷時(shí)15年。施工場地最大水深為7044米，最深鉆孔為1741米，鉆進(jìn)玄武巖層的最大深度為1080米。

　　2. 19852003年實(shí)施的大洋鉆探計(jì)劃(ODP)是DSDP的后續(xù)計(jì)劃，實(shí)施從全球海底取樣，研究地殼演化及環(huán)境。參加ODP計(jì)劃的成員有20多個(gè)國家和地區(qū)。我國于1998年取得ODP的參與成員國資格。

　　ODP(19852003年)在世界各大洋共完成了111個(gè)航次，行程66萬千米，鉆進(jìn)了1797個(gè)鉆孔，最大鉆探海水深度5980米，最大海底以下鉆探深度2111米，共獲取巖心222,000米。

　　3. 2003年9月，歷時(shí)18年的國際大洋鉆探計(jì)劃(ODP)結(jié)束。國際海洋科學(xué)鉆探工作轉(zhuǎn)入國際綜合大洋鉆探計(jì)劃?(IODP)?新階段。這個(gè)計(jì)劃是以地球系統(tǒng)科學(xué)思想為指導(dǎo)，計(jì)劃打穿大洋殼，揭示地震機(jī)理，查明深部生物圈和天然氣水合物，了解極端氣候變化的過程。該項(xiàng)目爭取在生物科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破。同時(shí)為深海資源勘探開發(fā)、環(huán)境預(yù)測和防災(zāi)減災(zāi)等提供服務(wù)。

　　前蘇聯(lián)地質(zhì)研究員曾經(jīng)在科拉半島鉆出深達(dá)12261米的鉆孔，這是人類迄今為止深入地下最遠(yuǎn)的地方，成為世上最大的地上鑿孔-科拉超深鉆(Kola Superdeep Borehole)，他們是從1970年開始挖掘，直到1989年才結(jié)束。